Sandwich de elementos
Puede que con el título "sandwich de elementos" os parezca que este post va sobre algo de comida pero en realidad este nombre hace referencia a la estructura de el material químico del que os hablaremos a continuación, las hidrotalcitas. Seguramente no os sonará lo que son, incluso puede que ni hayáis oído hablar de ellas, pero ¿y si os digo que mucha gente las toma? Si quieres saber algo sobre este material os invitamos a que sigáis leyendo.
Figura 1: Hidrotalcita natural [1]
Un poco de historia
En 1842 se descubrieron los "hidroxilos dobles laminares", a los cuales denominamos "tipo hidrotalcita", también se les conoce como arcillas aniónicas, debido a que tienen propiedades en común con las arcillas catiónicas. Son materiales derivados del hidroxicarbonato de Mg y Al. [2]
En 1935 Feitknecht y Fischer las sintetizaron a partir de disoluciones diluidas de sales metálicas de cationes divalentes y trivalentes con bases. La estructura que pudieron observar la llamaron "estructura de doble lámina". Fue Feitknecht quien formuló la hipótesis de que los cationes se encontraban en la misma lámina y eran los aniones de carbonato y el agua los que se situaban en las interláminas, esto fue refutado por Allmann y Taylor. [2]
En los últimos años el interés sobre estos materiales ha crecido mucho debido a sus múltiples aplicaciones en muchos campos, a esto se le suma que son compuestos fáciles de sintetizar, aunque no sean muy abundantes en la naturaleza.
Características
La fórmula genérica de las hidrotalcitas es: [MII1-x,
MIIIx (OH)2] An- x/n · mH2O, donde MII son los metales divalentes, MIII son los trivalentes y An- un anión, por otro lado, x es un valor entre 0.22 y 0.33. [2]
Figura 2: Estructura de doble lámina [3]
Las arcillas aniónicas al contrario que las catiónicas tienen en sus láminas de hidroxilos cationes metálicos positivos en las interláminas se sitúan lo aniones.
Estos materiales tienen muchas características interesantes, como por ejemplo el "efecto memoria", este efecto consiste en que aunque se destruya la estructura, cuando disolvemos la hidrotalcita esta vuelve a recuperarla; también tenemos sus propiedades ácido-base, ya que tiene grupos OH que le dan el carácter básico; una gran capacidad de intercambio iónico con lo que podemos modificar su estructura y con esto sus propiedades y abrir aun más su abanino de aplicaciones. [2]
Estructura
La estructura de los hidrotalcitas se puede describir de dos maneras, una forma es la estructura tipo CdI2, un empaquetamiento hexagonal compacto de iones hidroxilo con iones metálicos divalentes ocupando la totalidad de los huecos octaédricos, dando una fórmula AX2. Estos cationes pueden ser sustituidos por cationes trivalentes, de manera que se crea un exceso de carga positivas que se compensa con los aniones de las interlaminas. Otra manera de definir la estructura, es a través de octaedros AX6 que comparten aristas con otros vecinos. Estos tienen dentro tanto cationes metálicos divalentes y trivalentes, como en la estructura CdI2, los iones trivalentes provocan un exceso de carga positiva que es contrarrestado con los aniones de las interlaminas. [2]
Figura 3: Estructura tipo CdI2 [4]
Métodos de síntesis
Método de coprecipitación o síntesis directa, consiste en hacer reaccionar disoluciones diluidas de los metales que queramos que contenga la hidrotalcita y bases. Variando las concentraciones de los iones y aniones de manera que tenemos una amplia gama de hidrotalcitas. De manera que cuando haya pasado el tiempo determinado, dependiendo del la combinación de metales, filtramos la disolución para así obtener la hidrotalcita sólida que posteriormente para que quede bien seca la metemos en la estufa. [2]
En este método tenemos muchas variantes como el pH, concentración de las disoluciones, la temperatura de reacción, condiciones de secado, etc. Pero uno de los puntos clave es que si nosotros queremos introducir un anión diferente al carbonato, debemos usar agua descarbonatada y una atmosfera inerte, debido a que el anión carbonato es el que tiene mayor preferencia a la hora de entrar en la interlamina. [2]
Método de intercambio iónico, debido a la estructura laminar es muy favorable la movilidad iónica, por lo que son buenos intercambiadores inorgánicos. Esta propiedad nos permite intercambiar los iones de la hidrotalcita:
[MII - MIII - X] + Y ⇄ [MII - MIII - Y] + X
Unos de los mejores aniones para intercambiar son el ion cloruro y el nitrato, debido a que pueden ser desplazados muy fácilmente por otros con mayor afinidad, como los sulfatos o cromatos. Pero no solo se han intercambiado iones inorgánicos, se ha conseguido introducir aniones orgánicos en la interlamina.
Método de reconstrucción, lo que se hace es calcinar la hidrotalcita a unos 400-600 ºC, entonces rehidratamos con una disolución acuosa de aniones afines a la interlámina, para dar un nuevo tipo de hidróxido. Este fenómeno es debido al "efecto memoria" antes mencionado. Usando este método se han conseguido introducir anionesorgánicos, polioxometalatos e iones complejos. [2]
Aplicaciones
Las hidrotalcitas tienen un gran número de aplicaciones, en esta ocasión veremos las más utilizadas en el día a día:
Encontramos hidrotalcitas en el PVC (polivinilo de cloruro). Este polímero, al estar en contacto directo con la luz solar se degrada por la formación de HCl y radicales, haciendo que el material pase de blanco a amarillo. Aquí es donde entra el papel de las hidrotalcitas que captura el HCl gracias a un intercambio aniónico. Gracias a esta propiedad de intercambio aniónico, se utilizan como componente activo en cementos y morteros. En la química analítica también se utilizan como modificadores de la superficie de electrodos y podemos encontrarlas en reacciones como soportes catalíticos o precursores de óxidos catalíticos. [5]
Debido a sus propiedades térmicas se utilizan como retardante de la combustión y aislante de cables que tienen cierta resistencia al calentamiento. Como consecuencia, la hidrotalcita se descompone liberando dióxido de carbono y agua dandole cierta capacidad para extinguir incendios. [5]
Gracias a su alta capacidad de intercambio aniónico, se utilizan como componente activo en cementos y morteros. En la química analítica también se utilizan como modificadores de la superficie de electrodos. Podemos encontrarlas en reacciones como soportes catalíticos o precursores de óxidos catalíticos. [5]
Sus propiedades físico químicas permiten la adsorción de plaguicidas aniónicos, evitando que estos se degraden y contaminen el ambiente. El efecto memoria nombrado anteriormente, permite que la hidrotacita se recicle manteniendo sus propiedades, provocando que la adsorción del plaguicida sea reversible. Además tienen un gran papel en el ámbito medio ambiental, ya que pueden actuar como intercambiadores y como adsorbentes. Actualmente encontramos diversos estudios sobre la eliminación de contaminantes orgánicos, (perclorato de nitrato, cationes metálicos, etc.), y también sobre la adsorción de gases (dióxido de carbono o de azufre) e incluso sobre la adsorción de componentes orgánicos, como los plaguicidas nombrados anteriormente, para poder eliminar contaminantes de aguas naturales. [5]
Para que veáis la gran variedad de aplicaciones en las que podemos encontrar hidrotalcitas, en la medicina se sigue investigando para utilizar hidrotalcitas como transportadores de fármacos en un futuro. Aunque ya se utilizan como matrices huésped de moléculas que participan en diferentes procesos biológicos y como transportadores de biomacromoleculas. A continuación podéis encontrar un video sobre el transporte de fármacos y su liberación con hidrotalcitas.
Sin embargo el papel más importante de las hidrotalcitas es para tratar la acidez estomacal y de úlceras gástricas. Las hidrotalcitas inhiben el ácido clorhídrico y la pepsina de los jugos gástricos. Es un medicamento muy común y que podemos encontrar en las farmacias. [6]
Figura 4: Medicamento de hidrotalcita para la acidez estomacal [8]
Como hemos podido ver, las hidrotalcitas son compuestos muy nuevos de los que conocemos muchas proiedades y aplicaciones pero que aún nos queda mucho más por descubrir. A pesar de ser relacionado con la inorgánica, están presentes en muchos campos de la ciencia, desde aplicaciones industriales, pasando por medioambientales, hasta encontrarla en medicamento.
Autores
Ana María Mantero Obrero, estudiante de química
Marisa Xin Prados Coronado, estudiante de química
Referencias
[1] Figura 1: https://www.avanschem.com/hydrotalcite-3585313.html (Fecha de acceso 07/12/2022)
[2] Un poco de historia, características, estructura y métodos de síntesis: https://digital.csic.es/bitstream/10261/66284/1/Aplicaci%C3%B3n%20de%20hidrotalcitas%20como%20adsorbentes.pdf (Fecha de acceso 07/12/2022)
[3] Figura 2: https://www.researchgate.net/figure/General-structure-of-hydrotalcite-Salomao-et-al-2013_fig1_329804514 (Fecha de acceso 07/12/2022)
[4] Figura 3: https://hmn.wiki/es/Cadmium_iodide (Fecha de acceso 07/12/2022)
[5] Aplicaciones de las hidrotalcitas: Otero Izquierdo, Rocío. Aplicación de hidrotalcitas y sólidos mesoporosos ordenados como absorbentes de herbicidas, publica la Universidad de Córdoba.
http://hdl.handle.net/10396/12811 (Fecha de acceso 02/12/2022)
[6] Hidrotalcitas en medicina:
https://es.wikipedia.org/wiki/Hidrotalcita#:~:text=La%20hidrotalcita%20es%20un%20compuesto,p%C3%A9ptica%20o%20duodenal%2C%20y%20molestias (Fecha de acceso 09/12/2022)
[7] Vídeo 1: https://youtu.be/mu4jt9N9KNQ (Fecha de acceso 15/12/2022)
[8] Figura 4: https://www.farmaciasarahi.com/producto/baytalcid-hidrotalcita-x-60-tab-bayer/ (Fecha de acceso 10/12/2022)
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